공조냉동기계기사 전력과 기기의 정격 — 피상·유효·무효와 역률

교류에서 전력은 세 가지로 나뉘어 쓰이고 단위도 각각 다르다. 실제로 일을 하는 유효전력은 킬로와트로, 자기장이나 전기장을 만드는 데 쓰이는 무효전력은 킬로바로, 이 둘을 벡터로 합한 피상전력은 킬로볼트암페어로 적는다. 피상전력은 전압과 전류를 그대로 곱한 값이라 발전기나 변압기의 용량을 표시할 때 쓰이고, 그래서 kVA를 물으면 피상전력이 답이 된다. 유효전력이나 효율, 무효전력의 단위와 뒤바꾸어 놓은 선지가 여기서 오답이 된다.

무효전력은 위상차를 사인으로 잡는다. 전압과 전류의 곱에 위상차의 사인값을 곱한 꼴이 무효전력이고, 같은 곱에 코사인값을 곱한 것이 유효전력, 아무것도 곱하지 않은 것이 피상전력이다. 사인과 코사인을 서로 바꾸어 놓거나 탄젠트를 쓴 선지가 함정으로 깔린다.

소비전력 계산은 곱셈과 단위 환산 두 단계로 끝난다. 전류계와 전압계가 110 V와 12 A를 가리키면 곱해서 1320 W가 되고, 이것을 킬로와트로 바꾸려면 1000으로 나누어 1.32 kW가 된다. 단위를 바꾸지 않고 1320 kW로 적거나 3.21처럼 자릿수를 흔든 값이 오답이다. 저항을 아는 자리에서는 전류를 제곱해 저항을 곱한다. 저항 100 Ω인 전열기에 5 A가 흐르면 25 × 100 = 2500 W가 소비되고, 전류를 제곱하지 않고 한 번만 곱한 값이 오답으로 나온다.

역률을 끌어올리는 계산은 무효전력의 차이를 메우는 일이다. 뒤진 역률 80퍼센트인 1000 kW 부하를 95퍼센트로 개선하려면, 개선 전후의 탄젠트값 차이에 부하 전력을 곱한다. 80퍼센트에서 탄젠트가 약 0.75이고 95퍼센트에서 약 0.329이므로 1000 × (0.75 − 0.329) = 421 kVA가 필요하고, 이 값이 422에 가장 가까운 선지로 제시된다. 탄젠트값을 뒤바꾸어 빼거나 역률을 그대로 곱한 값이 오답이 된다.

기기의 상태를 확인하는 계기도 여기서 정리된다. 전로에 누전이 있는지 알아보려면 절연저항을 재야 하는데, 누전은 절연이 손상되어 전기가 새는 현상이기 때문이다. 이때 쓰는 계기가 절연저항계인 메거이고, 전압계나 전류계는 정상 운전 중의 값을 재는 계기라 누전 진단에 서지 않는다. 측정 범위를 넓히는 저항도 정격과 이어진다. 전류계에 병렬로 분류저항을 붙이면 배율이 1 + 2 ÷ 0.4 = 6배가 되고, 배율기를 붙인 전압계에서는 지시값과 배율기 몫을 더해 실제 전압을 300 V로 되짚으며, 교류 전력을 재는 전력계는 한 주기 동안 모은 평균 전력을 눈금에 새긴다.